仕様
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Q
石英ガラス完成品の洗浄工程はどのような基準をお持ちですか?
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A
半導体部品の洗浄工程は脱脂洗浄、フッ酸洗浄、純水洗浄、乾燥などの工程があります。フッ酸は純水で希釈し、濃度、汚れに合わせて洗浄の時間は調整されます。
半導体製造に使われる部品の洗浄工程は、それぞれの基準が細かく設けられている場合が多いです。
- 脱脂洗浄:部品表面の有機物質の付着量の基準
- フッ酸洗浄:表面エッチングされた量の基準
- 純水洗浄:表面粒子(パーティクル)の量の基準
これらの洗浄のプロセスについては、業界基準や国際基準はなく、ユーザー毎、装置メーカー毎で規定されており公開はされません。各工場における洗浄プロセスの取り決めに従って行われます。
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Q
石英ガラス加工においてレーザー加工とマシニング加工はどのくらい寸法精度に違いがございますか?
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A
一般的にはレーザー加工の精度は2~3μm以上、マシンニング加工は10μm以上の精度になります。
上記は一般論であり、実際の加工品にもよって異なります。
加工されたい部品の情報を持ち、弊社とご相談ください。
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Q
溶融石英と合成石英では透過率はどのくらい違うのでしょうか?
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A
一般的に合成石英は以下ような性質を持っています。
- 不純物含有量が極めて少ない
- 全波長の光に対して高い透過率(90%以上)
このような性質から合成石英はよく光学用途に使われます。
これに対し、電気溶融石英は、紫外線部分の波長の透過率が低くなります。不純物も合成石英より若干多くなりますが、その差異はPPMレベルです。
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Q
石英ガラスはどうして一般のガラスより性質が優れているのですか?
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A
主に不純物の含有量、耐熱性能、耐熱衝撃性能、光学性能の三つの方面が優れています。
この優れた性質のため、石英ガラスは高純度材料として半導体産業でよく使われています。
具体的には、二酸化ケイ素以外の物質はPPMレベルしか入っておらず、不純物を嫌う半導体工程に向いています。
この点、一般のガラス材料は不純物が多く使うことができません。石英ガラスは耐熱性能も高く、1000度まで耐えますが、一般のガラス材料は700度前後で変形してしまいます。
耐熱衝撃性能ですが、石英は温度変化による膨張はほとんどないため、直接火で焼いても、お湯をかけても割れません。しかし一般のガラス材料はヒビが入ったり割れが生じます。
光学性能では、石英ガラスがほぼ全波長の光を透過させます。これに対し、一般のガラス材料は一部の波長しか透過させることができません。特に紫外線部分の透過は一般のガラスでは難しいため石英ガラスが用いられます。
修理
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Q
石英槽、石英ボート、石英るつぼの欠けやクラック修理は可能ですか
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A
欠けやクラックの程度によりますが修理可能です。
見積を含めて現品を見させて頂き判断させて頂きます。
写真でも判断できる場合もございますので、スマホでの撮影で結構ですのでお送り下さい。
場合によっては新品購入の金額の方が安い場合もございますので、先ずはご相談下さい。
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Q
失透した石英を再生できますか?
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A
失透は単に表面に付着物が付いている状態ではなく、石英硝子の準安定的な状態から安定な結晶状態のクリストバライトに変化した状態を言います。
これは高温で長時間使用した場合や表面に不純物が付着した状態で加熱をしたりすると起こります。
一般的に失透は通常1,200度以上に昇温すると始まる言われますが、低温でも表面に不純物が付着している状態ですと失透が起こります。
管製品などの失透を修理するには通常火炎加工(焼き上げ加工)を行うことで透明な状態にすることもできます。
窓のような物は単に付着物が付いてしまっていることが多く、その場合は表面を研磨することで透明状態にすることもできます。
制作
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Q
不透明石英のメリットとデメリットは何ですか?
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A
不透明石英(Opaque Quartz)のメリットとデメリットについて簡単にまとめてみました。
- メリット
- 耐久性 高い硬度を持ち、スクラッチや摩耗に強いため、長持ちします。
- コスト 透明石英に比べて一般的にコストが低く、手軽に手に入れることができます。
- 安定性 化学的に安定しています。
- デメリット
- 透過性の欠如 透明石英と比べると一般的には純度が低く、半導体製造用の部品などには使用できない場合がある。ランプなどの光学系のものには使えない。
- 高硬度 形状により加工が難しい場合がある
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Q
現在使用している手持ちの石英の部品を改造して欲しいのですが、可能ですか?
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A
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Q
石英工場の見学はできますか?
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A
加工用途に合わせた工場をご紹介できます。
工場見学も実施しております。
弊社から用途に合わせた工場に見学を依頼し、許可を頂いて弊社社員がご案内します。
製品内容等によっては、工場見学を制限している企業もあります。その場合は何卒ご了承ください。
具体的な製品仕様や用途が既に決まっておられる場合は、「工場見学希望」と記載の上、詳細をこちらからお問い合わせください。
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Q
石英ガラスの静電チャックは製作可能でしょうか?
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A
作成可能です。
半導体業界においても多くの実績がございます。
またアルミナ製の静電チャックも扱っていますので、合わせてぜひご検討ください。
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Q
石英ガラスの特注品で図面がなく、現品のみでも製作は可能ですか?
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A
正式な図面が無くても対応は可能です。
現品があれば現品をお送り下さい。
現品がなければ大体の寸法が分かる簡単なポンチ絵を書いて頂くか、大きさの分かる写真をお送り頂ければ製作出来るかの判断は出来ます。
細かな寸法精度を希望される場合はご相談させて頂きます。
加工
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Q
石英管の寸法精度を教えてください。
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A
石英管の寸法は「内径」「外径」「肉厚」「長さ」によって示されます。
先ずはご希望の寸法をお示し下さい。該当する石英管があるかどうかお調べします。
無い場合は近似値の石英管をご紹介致します。
内外径の精度(公差)は太さによって異なりますが±2~±15%程です。
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Q
石英ガラスが割れたので修理ができますか?
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A
石英ガラスは耐熱性が高く、急熱急冷にも耐えますが、アニール点は1190℃、ひずみ点は1090℃(透明石英)となり、これ以上の温度で使用した後に急冷しますと、再びひずみを入れる事になりますのでご注意下さい。また、厚いものは薄いものに比べ割れやすくなります。
石英ガラスは耐熱性が高く、急熱急冷にも耐えますが、アニール点は1190℃、ひずみ点は1090℃(透明石英)となり、これ以上の温度で使用した後に急冷しますと、再びひずみを入れる事になりますのでご注意下さい。また、厚いものは薄いものに比べ割れやすくなります。
石英ガラスは耐熱性が高く、急熱急冷にも耐えますが、アニール点は1190℃、ひずみ点は1090℃(透明石英)となり、これ以上の温度で使用した後に急冷しますと、再びひずみを入れる事になりますのでご注意下さい。また、厚いものは薄いものに比べ割れやすくなります。
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Q
石英ガラスの表面印字(刻印)ができますか。その場合、石英板の厚みの要求がありますか。
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A
表面の刻印は可能です。
現在はレーザー刻印になります。
0.5mm以上の石英板であれば問題がございません。
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Q
石英ガラスのネジ切り加工は、どの規格が可能ですか?(テーパー、PF、ミリねじなど)
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A
ネジ切り加工は可能です。
インチ規格とメートル規格は両方対応可能です。
最小対応可能サイズはM4ねじとM4ナット、5/32インチより大きいねじとナット。
基本的に平行ねじになります。
テーパー(PT,PS)ねじは密封性を要求してた配管用の規格のため、石英材質に対して該当ニーズは現在のところはありません。
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Q
石英材料はダイヤモンド工具で加工した後、どうやって工具からもたらした金属のコンタミを除去しますか
-
A
加工後、フッ酸及び純水洗浄にて表面に付着したコンタミを除去します。
フッ酸の濃度は純水で調整して洗浄します。洗浄時間も濃度に合わせて調整します
加工の形状が複雑だったり、付着物が落ちない要であれば超音波洗浄機を使用する場合もあります。
超音波洗浄機を使用する方がコストは割高になります。
品質
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Q
石英ガラス加工に伴い残留内部歪は発生しませんか?また内部歪が発生しないようにどのような対応・管理していますか?
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A
機械加工は残留内部歪がありません。
火加工の後に残留内部歪(内部応力)は発生します。
これらの内部歪を除去するためにアニール処理が必要になりますが、処理完了加工品は歪検査機で内部応力を検査します。
弊社はこの歪検査機も取り扱っております。
性質
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Q
石英ガラス材料の酸水素溶融品と電気溶融品とはどのような違いがあるのでしょうか?
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A
酸水素溶融品と電気溶融品は主に石英チューブと石英板などの成形品の成形方法を指しています。
酸水素溶融品は水素ガスで加熱砂を溶かして成形した石英成形品を指します。
これに対し、電気溶融品は電気炉の抵抗ヒーターで加熱溶かして成形した石英成形品のことです。
大きな違いはありませんが、半導体分野で微妙な違いで用途が分けられています。
酸水素溶融品はOH基(水分)の量が多く、酸化膜工程などに使われています。
これは、酸水素溶融品の成形方法により気泡が少ない、工程にもたらす不純物も少ないと考えられているからです。
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Q
失透するのはなぜですか?
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A
「失透」とはガラスの結晶の状態が準安定な状態(非結晶)から安定的な状態(結晶)に変化することでおこります。
一般的には1,150℃以上で使用していると失透がおこるとされ、1,200℃を越え高温になればなるほど失透が促進されます。
1,000℃以下の低温でも失透がおこることがあります。これはガラスに不純物、特にNa、Ca、Kなどのアルカリ系のもが付着していると低温でも失透現象がおこります。
失透した石英管は再び透明な状態に戻すこともできますので是非お問合せ下さい。
-
Q
ドライエッチング工程における「石英チャンバー」の歩留まりへの影響と 「石英加工」についての考察
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A
1.はじめに
「石英加工.com」をご覧いただいている皆様へ
半導体製造工程におけるドライエッチング工程(プラズマエッチング装置)に使用される「石英チャンバー」は半導体製造には欠かせないパーツです。
この「石英チャンバー」がドライエッチング工程で非常に重要なパーツであるのはどのような理由なのか?
「石英チャンバー」をお使いの技術者や製造のご担当者の方は「石英チャンバー」が原因で歩留まりに影響が出たり、交換の頻度が増えてコストの増加に繋がったりするお悩みもあるかと思います。
「石英チャンバー」の果たす役割と問題点(課題)、そして今後の石英パーツ製造のあり方などを本ブログにおいて考えていきたいと思います。
2.半導体製造工程における「ドライエッチング(プラズマエッチング)工程」とは? その工程の概略と「石英チャンバー」が使用される理由
2-1.「ドライエッチング(プラズマエッチング)」とは?
半導体製造工程におけるドライエッチングは、半導体ウェハーの表面にある特定の部分を選択的に削るための工程です。
この工程は主に高精細なパターン形成や微細構造の作製に使用され、半導体デバイスの性能向上に重要な役割を果たします。ドライエッチングは、ウェハー表面にプラズマ(気体を高エネルギーでイオン化した状態)を用いて化学反応や物理的なエネルギーで材料を除去する技術です。
これにより、フォトリソグラフィで形成されたレジストマスクに基づいて、微細なパターンを加工します。
ドライエッチングは、ウェットエッチング(液体を用いる方法)よりもパターンの精密さを高めやすく、アスペクト比(深さと幅の比)が高い構造を作るのに適しています。
これにより、トランジスタやメモリなどの微細化技術が進展しました。
2-2.「ドライエッチング工程」で「石英チャンバー」が使われる理由
ドライエッチング工程で石英チャンバーが使用される理由は、石英の特性が工程条件に非常に適しているためです。
- 1.耐熱性と熱安定性
ドライエッチングではプラズマを発生させるため高温環境が発生します。石英は非常に高い耐熱性を持ち、温度変化による膨張や変形が少ないため、長時間の使用に耐えます。 - 2.耐化学性
石英は多くの腐食性ガス(例: フッ素、塩素)に対して優れた耐性を持つため、プラズマ中での長期間の運用が可能です。 - 3.プラズマとの適合性
石英は電気的に絶縁性が高く、プラズマとの相互作用が制御しやすい材料です。また、プラズマ中で不要な不純物を放出しないため、プロセスの純度を維持できます。 - 4.高純度
石英は極めて高純度な材料であり、プロセス中に不純物がチャンバーから基板に移行するリスクが低いです。半導体製造において微細な汚染でもデバイス性能に影響を与えるため、この点は非常に重要です。 - 5.低いガス吸着性
石英はガスをほとんど吸着しないため、エッチングプロセス中のガス成分を安定的に制御できます。この特性により、エッチングの均一性や再現性が向上します
3.「石英チャンバー」の歩留まりへの影響について
3-1「石英チャンバー」内部の球面やR形状の状態が歩留まりに与える影響について
「石英チャンバー」の内部の球面やR形状の状態が指定された状態の球面やRの形状をしていないと歩留まりに影響を与えることがあります。
- 1.プラズマ分布の不均一化
内部の球面の形状により、チャンバー内部のプラズマ密度分布が不均一になります。これがエッチングプロセス全体の均一性を損なう原因となります。 - 2.ガスフローの乱れ
球面形状によりガスの流れが乱れることで、ウェハー表面への反応性ガス供給が不均一になります。 - 3.局所的な過エッチングの増加
球面の内壁により特定のエリアにプラズマが集中する場合、ウェハーのその部分が過剰にエッチングされるリスクがあります。 - 4.エッチングプロセスの再現性低下
球面が変化したチャンバーは使用のたびにガスやプラズマの挙動が変化しやすく、同一のプロセス条件でも結果が再現されにくい可能性があります。 - 5.パーティクル発生の増加
内部球面の表面には局所的なガスの衝突や反射が集中しやすく、摩耗や剥離が進みパーティクルが多く発生する可能性があります。 - 6.エッチング速度の変化
球面の形状が原因で、プラズマのエネルギーが内壁に吸収されやすくなり、エッチング速度が変化します。 - 7.ウェハーのエッジエリアへの影響
球面の形状により、ウェハーの中心部とエッジ部分で異なるプラズマ条件が形成され、特にエッジエリアでエッチングの不均一が顕著になります。 - 8.デバイス構造の寸法誤差
不均一なエッチングにより、微細構造の寸法が設計値から逸脱する場合があります。 - 9.副生成物の堆積リスクの増加
球面の形状がガスフローの偏りを生むため、特定エリアに反応生成物が堆積しやすくなります。 - 10.熱分布の不均一化
球面の変化により、チャンバー内部の熱伝導特性が変化し、ウェハー表面の温度分布が不均一になります。
このように石英チャンバー内部の球面の状態は歩留まりに影響を与えることがあります。
石英チャンバーの製作時に図面の指定通りに製作しても使用しているうちにプラズマやエッチングガスによる摩耗の進行などにより少しずつ球面の状態は変化してきます。
これらの問題を軽減するためには、定期的な形状検査や摩耗状態のモニタリングなどをおこなっていく必要があります。
図1
3-2「石英チャンバー」の肉厚の状態が歩留まりに与える影響について 具体的な影響
- 1.プラズマ密度の変化
石英の肉厚が変化すると、プラズマ生成に必要な電磁波(マイクロ波やRF波)の透過効率が変わります。- 厚すぎる場合: 電磁波の減衰が大きくなり、プラズマ密度が低下する。
- 薄すぎる場合: プラズマがチャンバー外に漏れる可能性がある。
- 2.ガスフローの乱れ
肉厚が不均一だとチャンバー内の空間が歪み、ガスの流れが乱れます。 - 3.チャンバー耐久性の問題
石英が薄すぎる場合、高エネルギープラズマや腐食性ガスに耐えられず、チャンバーの寿命が短くなります。 - 4.パーティクル発生の増加
薄い石英部分がプラズマや熱応力で損傷しやすくなり、剥離や摩耗によってパーティクルが発生する可能性があります。 - 5.温度分布の変化
肉厚の変化がチャンバー内の熱伝導特性に影響を与え、ウェハー表面の温度分布にばらつきが生じます。- 厚すぎる場合: 温度が均一に伝わらず、局所的な加熱や冷却が発生。
- 薄すぎる場合: 熱が急激に逃げることで温度制御が不安定になる。
- 6.プロセス再現性の低下
肉厚が不均一だとチャンバー内の反応環境(プラズマ密度、ガス濃度、温度)が変動しやすく、同じレシピでも異なる結果が生じます。 - 7.副生成物の堆積リスク
厚い石英部分があるとガスの流れが停滞しやすく、反応生成物が内壁に堆積する可能性があります。 - 8.エッチング速度のばらつき
肉厚の変化によりプラズマのエネルギー分布が変わり、エッチング速度がウェハーの位置によって異なる可能性があります。 - 9.光透過性の劣化
石英の厚みが増えると透過する光や電磁波の強度が減少し、プラズマ生成効率が低下します。 - 10.機械的強度の偏り
肉厚が薄い部分は熱膨張や衝撃に弱く、ひび割れや破損が発生しやすくなります。
このように石英チャンバーの「肉厚」の状態は歩留まりに影響を与えることがあります。
石英チャンバーの製作時に図面の指定通りに製作しても使用しているうちにプラズマやエッチングガスによる摩耗の進行などにより少しずつ肉厚の状態は変化してきます。
これらの問題を軽減するためには、定期的な形状検査や摩耗状態のモニタリングなどをおこなっていく必要があります。
図2
特に図2の肉厚※1と※2では※2のところの肉厚が薄くなりがちです。ここが薄くなると特にプラズマによるエッチングが促進されチャンバー寿命が短くなります。
このように「球面の状態」と「肉厚」が均一であることはドライエッチング工程の安定性を高め歩留まり向上には欠かせない要素ですので、確り管理していくことが求められます。
4.最後に
ドライエッチング工程では「石英チャンバー」が重要な役割を果たしており、「石英チャンバー」が歩留まりに与える影響について考えてきました。
特に歩留まりに影響を与える「チャンバー内部の球面の状態」と「チャンバーの肉厚」については「石英の加工技術」に依存する部分が多いため、本ブログで特に取り上げてみました。
チャンバー内部の球面の状態をきれいな球面(凸凹が無く滑らかな状態)で指定されたRの形状になっていないとエッチングが均一にできないこともあります。
この内面をきれいな球面にする、あるいは、肉厚を均一に保ち指定の形状に加工するには高度な技術と経験が必要です。
近年は自動化も進みつつある石英の加工ですが、まだまだ高い加工技術を持った職人により製造されている部分も多く残されており、職人の経験と技術が石英チャンバーの製造を支えています。
我々「石英加工.com」では、多くの経験と高い技術を持った工場のネットワークを多数有しており石英チャンバーの製造と供給を安定的に支えています。
しかし「石英チャンバーの加工」においての課題もあります。それは消耗品である「石英チャンバー」を安定的に安価に納入していくことです。
そのための方策として、チャンバーの形状を職人による加工技術だけに頼ることなく、「金型」のような「型」を用いて比較的容易に製造ができ、短納期で安価に製造ができる技術の開発もされてきており実用化も近づいています。
日々進化する半導体の製造工程に合わせて「石英加工の技術」も日々進化していかなくてはなりません。
「石英加工.com」では加工職人の技術の向上、・継承はもちろん、製造の自動化・効率化、精密加工に対応した検査設備やその体制などを整えて、お客様からのご要望に日々お応えしていきたいと考えております。
加工についてご質問などがございましたらこちらからお寄せください。
- 1.耐熱性と熱安定性
-
Q
不透明石英と一般の透明石英との主な違いは何ですか?
-
A
透明石英(Transparent Quartz)と異なり光を通さない(通しづらい)特徴を持つのが不透明石英(Opaque Quartz)です。
- 1. 透明度
- 不透明石英 光を透過しません。そのため、内部を見ることができません。
- 透明石英 光を透過し、内部の構造が見えることがあります。クリアな色合いを持つことが多いです。
- 2. 結晶構造
- 不透明石英 クリスタル構造はありますが、内部の不純物や構造上の欠陥により不透明になります。
- 透明石英 高純度で、内部の不純物が少ないため、透明度が高くなります。
- 3. 用途
- 不透明石英 遮光を必要とする環境で使用さされる熱プロセス装置やランプの部品、耐熱性と電気絶縁性があるヒーター部品や絶縁体など。
- 透明石英 半導体製造用のプロセス部材、各種ランプ用材料、光学部品、理化学用機器など
書類
温度
-
Q
耐熱温度は?
-
A
石英ガラスは耐熱性が高く、急熱急冷にも耐えますが、アニール点は1190℃、ひずみ点は1090℃(透明石英)となり、これ以上の温度で使用した後に急冷しますと、再びひずみを入れる事になりますのでご注意下さい。また、厚いものは薄いものに比べ割れやすくなります。